Дисперсия

Потенциальные ресурсы волокна и волновое уплотнение

Не принимая во внимание дисперсию, то есть искажение сигнала по мере распространения по волокну, рассмотрим сначала потенциальные возможности волокна.
Длина волны и частота светового излучения связаны между собой формулой 46
ν=с/λ, где с – скорость света (3×108 м/с). Дифференцируя по λ, получаем dν/dλ=-c/λ2, а следовательно, окну Δλ, вокруг λ0 соответствует окно Δν, которое определяется по формуле: Δν=с×Δλ/λ02. Если λ0=1300 нм и Δλ=200 нм, то Δν≈35 ТГц (35×1012 Гц), если же λ0=1550 нм и Δλ= 200 нм, то Δν≈25 ТГц. Наиболее подходящим с точки зрения магистральных протяженных сетей является окно 1550 нм, поскольку в этом окне достигается минимальное затухание сигнала до 0,2 дБ/км (Рисунок 2.27). Несмотря на такие большие ресурсы волокна, реализовать передачу на скорости 25 Тбит/с в настоящее время невозможно, поскольку соответствующая частота модуляции пока не достижима. Однако есть другое очень эффективное решение, идея которого заключается в разделении всей полосы на каналы меньшей емкости, каждый из таких каналов можно использовать под отдельное приложение. Эта технология известна как волновое уплотнение или волновое мультиплексирование – WDM. Технология WDM позволяет увеличить пропускную способность волокна не за счет увеличения частоты модуляции (при наличии одной передающей длины волны – одной несущей), а за счет добавления новых длин волн (новых несущих). Единственное условие, которое необходимо выполнить – это исключение перекрытий между спектральными каналами. Интервал между соседними длинами волн должен быть больше ширины спектра излучения. Со-временные одномодовые лазеры с распределенным брэгговским отражением – DBR лазеры – дают спектральную полосу меньше 0,1 нм. Так, при интервале 0,8 нм между соседними длинами волн в окне 1530-1560 нм, соответствующем рабочей области оптического усилителя EDFA, может разместиться около 40 длин волн – 40 каналов. Причем полоса пропускания на каждый канал достигает 10 Гбит/с и более. Технически реализованы оптические передатчики на основе временного мультиплексирования – TDM, способные вводить в волокно оптический TDM сигнал с частотой 100 ГГц в расчете на один канал, в результат чего полная емкость одного волокна составляет 4 Тбит/с (при 40 каналах волнового уплотнения). Но передать такой сигнал на большие расстояния не просто. Одним из главных факторов, препятствующих этому, является дисперсия.

По оптическому волокну передается не просто световая энергия, но также полезный информационный сигнал. Импульсы света, последовательность которых определяет информационный поток, в процессе распространения расплываются. При достаточно большом уширении импульсы начинают перекрываться, так что становится не-возможным их выделение при приеме.

Рисунок 2.17 Прохождение оптического импульса по световоду

Дисперсия определяет полосу пропускания световода и возникает из-за рассеяния во времени спектральных и модовых составляющих оптического сигнала. Наличие этого эффекта приводит к увеличению длительности оптического импульса в процессе его прохождения по оптическому кабелю (Рисунок 2.34), появлению межсимвольной интерференции (наложению фронтов двух соседних импульсов друг на друга) и, в конечном счете, увеличению вероятности ошибки принимаемого сигнала.
Дисперсия – уширение импульсов (в оптике под этим термином понимается зависимость показателя преломления вещества от частоты световой волны) – имеет размерность времени и определяется как квадратичная разность длительностей импульсов на выходе и входе кабеля длины L по формуле 2in2outtt)L(−=τ. Обычно дисперсия нормируется в расчете на 1 км, и измеряется в пс/км. Дисперсия в общем случае характеризуется тремя основными факторами, рассматриваемыми ниже:
• различием скоростей распространения направляемых мод (межмодовой дисперсией τmod),
• направляющими свойствами световодной структуры (волноводной дисперсией τw),
• свойствами материала оптического волокна (материальной дисперсией τmat).

Рисунок 2.18 Виды дисперсии

Чем меньше значение дисперсии, тем больший поток информации можно передать по волокну. Результирующая дисперсия τ определяется из формулы:

Дата добавления: 2014-01-07